Что такое подвеска и для чего она необходима?

chto takoe podveska i dlya chego ona neobhodima 1 Блог

Работа подвески основывается на преобразовании энергии удара при наезде на неровность в перемещение упругого элемента подвески, вследствие чего сила удара, что передаётся на кузов, уменьшается и плавность хода возрастает. Подвеска автомобиля обеспечивает упругую связь рамы или кузова с мостами и колёсами, плавность хода, устойчивость и проходимость автомобиля. Плавность определяет комфортность езды. Устойчивость определяет способность противодействовать заносам и опрокидыванию, т.е. безопасность. Проходимость определяет способность преодолевать различные препятствия. Заметим, что здесь не обходится без компромиссов. Поскольку эти требования весьма противоречивы. Например, мягкое подрессоривание иногда ухудшает устойчивость автомобиля. И наоборот повышение жесткости ухудшает комфортность езды, уменьшает ресурс. И так далее. Подвеска состоит из трех основных частей: упругого элемента, направляющего устройства и гасительного элемента.
Как упругий элемент у подвески используются металлические листовые элементы, цилиндрические пружины, торсионы (стержни, которые работают на кручение). Не металлические пружинные элементы обеспечивают пружинные свойства подвески за счет упругости резины, сжатого воздуха или жидкости; они менее распространенны, чем металлические. Иногда в подвесках используются комбинированные пружинные элементы, которые складываются из металлических и неметаллических элементов.
Направляющее устройство подвески передает толкающие, тормозные и боковые усилия от колес на раму или корпус автомобиля. В случае пружинной подвески направляющим устройством служат грузы и штанги подвески. В рессорной подвеске сама листовая рессора передает продольные и боковые усилия, благодаря чему конструкция подвески упрощается.

Гасительный элемент подвески предназначен для гашения колебаний кузова и колес в случае наезда на препятствия и называется амортизатором. На автомобилях используются жидкостные амортизаторы. Принцип их действия заключается в преобразовании энергии колебания за счет трения жидкости в тепловую энергию с последующим ее рассеиванием. Подвески обычно классифицируются по их кинематике и по упругому элементу. Кинематические подвески разделяются на два основных типа: зависимые и независимые. По упругому элементу пружинные, где в качестве упругого элемента используются витая пружина, рессорные, торсионные и даже гидравлические и пневматические.
А теперь поговорим о разновидностях зависимых и независимых подвесок подробнее. Зависимые подвески широко применялись в джипах второй мировой войны Виллис , Додж ? . Они должны очень нравиться джипперам, поскольку отличаются неприхотливостью в обслуживании, конструктивной простотой. В сочетании с упругими рессорными элементами они обеспечивают достаточную комфортность передвижения. Однако имеют и свои недостатки. Они не отвечают требованиям управляемости автомобиля. На скоростных участках дороги с неровностями они склонны к уводу автомобиля в сторону. Зависимая подвеска обеспечивает жесткую связь между правым и левым колёсами, в результате чего перемещение одного из них в поперечном направлении передаётся другому, что приводит к наклону кузова.

Зависимая рессорная подвеска так называется неразрезная балка-мост с упругим элементом в виде рессоры. Она состоит из собственно балки с размещённым внутри редуктором, полуосями, подшипником, тормозным щитом, тормозным механизмами и ступицами колёс и собственно самих колёс. Посредством кованых скоб балка соединяется с рессорой. Рессора передним концом жестко соединяется с кузовом при помощи осевого шарнира. Задний конец оснащен серьгой, обеспечивающей при сжатии рессоры плавное изменение её длины, т.е. при жёстком креплении она работать не будет. При эксплуатации такой подвески следует следить за исправностью амортизаторов, целостности рессор, состоянии резинометаллических втулок, которые могут применятся в шарнирных соединениях, где серьга крепится к кузову и где рессора крепится к серьге. Также существуют зависимые подвески с пружинным элементом. Это модификация зависимой балки подвески. Применяется она на Нивах, вазовской классике , а также на иномарках начала 80-х : Opel Record, Audi 80,100(неведущие). Состоит и балки с вышеперечисленными внутренностями, также из пружин, амортизаторов и пяти реактивных тяг: одной поперечной и четрёх продольных. Они обеспечивают жесткость относительно продольной и поперечной осей автомобиля. В рессорной продольную жесткость обеспечивают рессоры. По эксплуатационным показателям рессорная подвеска выигрывает у пружинной, поскольку рессоры за счёт своего внутреннего трения листов дают значительное демпфирование колебаний и по комфортности передвижения превосходят пружинные элементы.

Передние зависимые подвески представляют из себя практически неизменную заднюю подвеску, но в сочетании с поворотными шарнирами. Типичный представитель таких подвесок Mercedes G-klasse, Jeep Cherockee, Nissan Patrol и конечно же УАЗ, который и сегодня оспаривает право быть лучшим джипом. Как показывают гонки, созданный когда-то по заказу армии и внедрённый в серийное производство, УАЗ является серьезным конкурентом для многих импортных внедорожников. Независимая подвеска характеризуется отсутствием жесткой связи между колёсами одного моста. Каждое колесо подвешено независимо от другого. В результате чего при наезде одним колесом на неровность, его колебания не передаются другому колесу, уменьшается наклон кузова и повышается в целом стойкость автомобиля во время движения. Весьма разнообразны. Они делятся на два основных типа: свечные и рычажные. Свечные — Максферсон, рычажные поперечнорычажные, двухрычажные, продольнорычажнае, косорычажные. Рычажные хороши тем, что достаточно просты по своей конструкции. Они отвечают требованиям управляемости автомобиля. Даже на самых неровных участках дороги при правильном балансе и распределении сил и моментов рычажные подвески обеспечивают должную управляемость и устойчивость. Наиболее любимы конструкторами рычажных подвесок поперечно-рычажные. Они по преминению охватывают самую широкую гамму автомобилей: от Формулы 1 до знаменитого Hummer.

Поперечно-рычажные подвески.

Широко применяются на обычных автомобилях, часто на спортивных и суперкарах, таких как Jaguar XJ 200, Chevrolet Corvette, также являются основными для гоночных машин класса формула от Ф-1600 до Ф1. Из внедорожников стоит отметить успешное применение двухрычажных поперечных подвесок на Багги . В сочетании с такими элементами, как блокировка осевого дифференциала, они успешно применяются на этих типах машин. Багги не полноприводники, у них всего один ведущий мост, как правило, задний, на который приходится от 50 до 70% веса. Также такие стоят на Mitsubishi Pagero, вышеупомянутом Hummer, и на всех паркетных внедорожниках. Из отечественной техники успешное применение нашла двурычажно поперечная передняя подвеска на Ниве. Она здесь достаточно компактна, жестка, надежна и проста.

Поперечно-рычажные подвески бывают двух типов: двухрычажно — поперечные и однорычажно-поперечные. Двурычажно – поперечная подвеска состоит из нижнего рычага, шарнирно закреплённого с кузовом(в основном на подрамнике) и повотным кулаком, если это передняя, и тормозным щитом в заднем варианте; верхнего рычага, шарнирно соединенного с кузовом и кулаком или щитом амортизатора, и пружинной стойки в сочетании с витыми пружинными элементами. Основной недостаток этих подвесок в шарнирном сочленении с кузовам применены резинометаллические втулки(сайлентблоки) долговечность которых весьма ограничена. А их замена дело, требующее определённой квалификации.

Про однорычажно-поперечные ничего сказать не могу, т.к. не обладаю информацией, но знаю, что такая используется на Hummer. Также существует ещё один тип рычажной подвески продольно — рычажная. Она неприхотлива и надёжна. Яркий пример ее применения автомобиль Запорожец ЗАЗ 968 . При всем скептическом отношении к Запорожцу , зимой в Карпатских горах была такая ситуация. Другие автомобили при подъеме в гору по гололеду применяли специальные траки колесные цепи. Только в этом случае им удавалось более-менее сносно двигаться вверх. А Запорожец , оснащенный такой подвеской и посредственной резиной с мелким протектором, успешно карапкался. Этим он, правда, обязан еще и своей загруженностью заднего моста. Двигатель стабильно прижимает его к грунту. Конструкторская мысь, заложенная в ней, достойна восхищения. Благодоря своей простоте она нашла приминение в кроссе. Техническое обслуживание сводится к внешнему осмотру(наличие трещин корозии и т.д.), смазке и замене амортизаторов.

Подвеска типа Макферсон

Про данную подвеску поговорим подробнее. И для начала углубимся в историю. Фордовского инженера, шотландца по происхождению, — некого МакФерсона до 1950 года мало кто знал. Он всего лишь хотел упростить технологию сборки передней независимой автомобильной подвески, и его первоначальный замысел был прост. Традиционная для тех лет передняя подвеска присоединялась к поперечине несущего кузова или лонжеронной рамы в четырех точках с каждой стороны. Она состояла из двух расположенных друг над другом поперечных треугольных (вильчатых) рычагов, соединенных шкворнем. Ярким примером подобной конструкции может служить подвеска Москвича 407-й модели. Но сборка ее при массовом производстве дело трудоемкое.

Поэтому МакФерсон и выдвинул идею крепления подвески только в двух точках (не считая стабилизатора) с каждой стороны. При этом амортизатор становился направляющим элементом подвески, а на колесо приходился один нижний поперечный рычаг, причем не треугольный, а одинарный. Он, конечно, не мог передавать продольные усилия, скажем, при торможении. Для этого МакФерсон предложил использовать плечо стабилизатора поперечной устойчивости этот элемент все равно не бывает постоянно нагружен. Но главным в предложенной конструкции был отказ от верхнего рычага. Вместо него пружина и соосный с ней амортизатор в верхней части соединялись с кузовом посредством мягкой резиновой подушки. Отсутствовал и шкворень. Его роль играл телескопический амортизатор, у которого относительно штока поворачивался жестко связанный с цапфой колеса стакан. Весь узел подвески мог обходиться без поперечины. Производственников такая конструкция очень устраивала, а вот эксплуатационников не совсем. При вертикальном ходе колеса нижний рычаг описывал дугу, и точка контакта шины с дорогой постоянно перемещалась вправо и влево. Больше того, по той же причине довольно заметно изменялся угол развала колес. В результате траекторная устойчивость автомобиля оставляла желать лучшего. Изобретение МакФерсона стали называть подвеской типа качающаяся свеча . Специалисты предпочитают другое определение подвеска на направляющих и амортизационных стойках . Точно, но уж очень длинно. Поначалу казалось, что недостатков этого изобретения не так уж много. Но практика выявила несколько важнейших. К ним относятся излишняя чувствительность к дисбалансу колес, усиленное трение между штоком и цилиндром амортизатора (а следовательно, и износ), повышенная передача на кузов дорожных вибраций и шумов, а также недостаточная жесткость в продольном направлении пары рычаг плечо стабилизатора . Конечно, это была плата за преимущества такой подвески! И, возможно, ей бы со временем дали отставку, но с каждым годом уменьшавшееся свободное пространство в моторном отсеке, особенно с распространением переднеприводных моделей, заставило конструкторов неустанно совершенствовать схему МакФерсона. При переднем приводе силовой агрегат выгодно устанавливать поперечно. В этом случае только подвеска МакФерсона могла существовать с двигателем, простирающимся от одной колесной арки до другой. Из-за этого, собственно, и возродился интерес к шотландской штучке. Вместо поперечного рычага в виде бесхитростной дешевой балочки инженеры вновь вернулись к треугольному рычагу (естественно, имевшему уже две, а не одну точку опоры),очень жесткому в продольном направлении. Пружину сместили относительно оси амортизатора, да еще оба эти узла наклонили внутрь, чтобы получить отрицательное плечо обкатки. Эти меры позволили заметно снизить трение в амортизаторной стойке и уменьшить износ. Для лучшей изоляции кузова от дорожных шумов пришлось снова ввести в обиход поперечину подвески так называемый подрамник, который соединяется с кузовом через резиновые подушки. В верхней опоре амортизаторной стойки шток соединили с кузовом посредством резиновой шайбы хитрой конструкции. Для пружины ввели упорный шариковый подшипник. Но головоломки оставались.

Одну из них как ремонтировать стойку инженер МакФерсон даже не предвидел. Выходило, что надо демонтировать всю подвеску, поскольку амортизатор составлял одно целое с цапфой. В конце концов решение нашлось цапфу колеса и стойку стали делать раздельными и соединять болтами. С точки зрения технологов это был не лучший выход, но большинство инженерных решений в автомобилях компромиссы. Другая головоломка произвольное изменение развала колес и перемещение точки контакта шины с дорогой. Это уже врожденный недостаток схемы МакФерсона. Изжить ее практически не возможно, но самые сложные ее узелки мало помалу удаетсясвести к минимуму. Так что спустя почти 60 лет эволюции свечная подвеска стала вполне работоспособной и получила широкое распространение на легковых машинах малого, среднего классов и частично большого. Перед самым началом Великой отечественной войны группа энтузиастов из города Запорожье взялась за постройку легковой машины самоделки. Руководил ее созданием некий Л.Д. Ковалев. Отсюда и условное название этого авто ЛДК. Любопытный факт: у него была независимая гидропневматическая подвеска всех колес, по схеме очень похожая на ту, что через десять лет предложил шотландец МакФерсон. К сожалению, после войны следы этих талантливых людей потерялись.

Стержневой вопрос

Когда в послевоенные годы в СССР вспыхнула борьба с низкопоклонством перед Западом, в обиход вошло словосочетание упругий металлический стержень, работающий на скручивание. Оно относилось к элементу подвески автомобиля, призванному играть туже роль, что и рессоры, пружины или резиновые блоки. Но в отличие от них он работал только на скручивание (кстати, французское слово torsion и означает скручивание). Громоздкая конструкция из шести слов оказалась неудобной, и довольно быстро на смену ей пришел термин стержневая подвеска (она же — торсионная!).

Подвеска долгожительница.

Задняя подвеска де Дион изобретенная более ста лет назад, используется, как ни страно, до сих пор. Один из недостатков зависимой подвески ведущих колес большая неподрессорная масса, отрицательно влияющая на такие показатели, как комфорт автомобиля, его устойчивость и управляемость. В тех случаях, когда по финансовым или компоновочным соображениям конструкторы отказываются от независимой подвески, выручает старая, как сам автомобиль, система де Дион . В ней картер главной передачи закрепляется на поперечине рамы или на кузове, а привод колес осуществляется полуосями на шарнирах. При этом колеса соединяются изогнутой балкой. Подвеска остается зависимой, однако за счет крепления массивной главной передачи отдельно от моста неподрессорная масса существенно уменьшается. Список автомобилей, использующих задний ведущий мост типа де Дион , достаточно внушителен, и в нем не только такие известные машины, как Volvo 343/345 1975 года и Alfa Romeo 75 1985-го, но и модели из каталогов 2000 года: Aston Martin V8 Vantage, Caterham Super7 полноприводная Honda HR-V и ряд других.

Свое название подвеска получила по имени графа Альбера де Диона маркиза ле Валь, особы весьма эксцентричной, ловеласа, остряка и большого любителя технических нововведений. Их сиятельство жили в 1856-1946 годах. Однажды, прогуливаясь по парижской рю Перголез, граф заинтересовался миниатюрным паровым двигателем, выставленным в магазине игрушек. Де Дион пожелал познакомиться с его создателем слесарем Жоржем Бутоном и его шурином, механиком Шарлем Арманом Трепарду. В 1883 году появилось предприятие De Dion. Bouton. Trepardoux . Граф играл в нем роль финансиста, Бутон технолога и сборщика, а Трепарду представлял конструкторское бюро в единственном лице. Но через какое-то время Трепарду вышел из дела, и компанию переименовали в De Dion — Buton . Просуществовала она до 1932 года. История умалчивает о причинах ухода Трепарду, однако не исключено, что виной тому стала склонность графа выдавать разработки конструктора за свои. Как бы там ни было, 20 марта 1893 года был запатентован задний мост де Дион . О неподрессореных массах ни граф, ни Бутон, ни Трепарду и понятия не имели к созданию этого узла их подтолкнула интуиция. Дело в том, что в первых конструкциях трициклов и квадрициклов De Dion-Buton двигатель закреплялся на задней оси. И езда по булыжным мостовым настолько растрясла мотор, что детали от него отваливались буквально на ходу. Узел решили оградить от тряски так и появился мост, или, как сегодня говорят, подвеска типа де Дион .

В тридцатые годы эта разработка привлекла конструкторов гоночных автомобилей. В 1935 году германская компания Horch вернула системе де Дион былую славу. В поисках компромисса В порожнем грузовике всегда трясет. В груженом заметно меньше. Причина заключается в неизменной удельной жесткости подвески независимо от того, рессорная она, пружинная или торсионная. А можно ли пропорционально нагрузке изменять удельную жесткость подвески, чтобы ход машины всегда был плавным?

На городских автобусах, магистральных автопоездах и карьерных самосвалах уже давно применяется пневматическая подвеска колес. Она состоит из резиновых пневмобалонов (по одному или несколько на каждом колесе), компрессора, воздушного фильтра, ресивера с перепускными клапанами и магистралей. Причем баллоны не всегда являются направляющими элементами подвески, соседствуя с рессорами или пружинами, тогда они играют роль лишь воздушных демпферов , как это было, например, на автобусе ЛИАЗ-667. Сжимаемый в баллонах под нагрузкой воздух приводит к прогрессивному увеличению удельной жесткости подвески. Кроме того, дополнительной подкачкой воздуха (или газа) можно приподнимать или опускать машину над дорогой. Благодаря пневматической подвеске магистральные тягачи получили способность приседать , подводя платформу под сцепное устройство трейлера, а современные городские автобусы на остановках слегка кренятся набок, облегчая доступ в салон детям и инвалидам.

Однако первые попытки применить пневмоподвеску на легковые автомобилях породили целую вереницу технических проблем. Эти машины существенно быстроходнее грузовиков. Им свойственны более резкие продольные колебания ( клевки при торможениях, приседания при разгонах) и поперечные крены в поворотах. С одной стороны, стремление как можно ниже положить на дорогу быстроходный легковой автомобиль создает ему трудности при переезде через бордюры и ухабы, с другой, машина с высоким клиренсом оказывается на автостраде довольно небезопасной. Первой подвеску с изменяемым дорожным просветом для легкового автомобиля создала французская фирма Citroen . Упругим элементом в амортизаторах служил сжатый азот, а силовым (образующим и передающим давление в системе) жидкость. Поэтому такая подвеска получила название гидропневма-тической. Гидронасос нагнетает жидкость из резервуара, а закрепленные рядом с амортизатором сферы. Внутри каждой разделены мембраной жидкость и газ. Таким образом в амортизаторах поддерживается необходимое давление, а крены машины постоянно компенсируются. Вдобавок встроенный в гидросистему кран позволяет регулировать количество циркулирующей в контурах жидкости, а значит, увеличивать или уменьшать дорожный просвет. В 1954 году эта схема была впервые применена на модели высшего класса Citroen 15-6 . А уже в октябре 1955 года новинка фирмы Citroen DS — вызвала на 42 Парижском автосалоне настоящий фурор. По тем временам это была чудо-машина. Ее гидропневматическая подвеска обеспечивала постоянство дорожного просвета независимо от количества пассажиров и багажа и потрясающе плавный ход. Эта машина могла накреняться вперед и назад, а также вывешивать любое колесо без домкрата! И наконец водитель Citroen DS мог по собственному усмотрению ступенчато изменять дорожный просвет. Это не только повышало устойчивость и активную безопасность автомобиля на шоссе (понижался центр тяжести, уменьшался поток воздуха под днищем, создающий подъемную силу), но и облегчало езду по бездорожью, что важно для изобилующей проселками Франции. Впоследствии такая схема подвески применялась на большинстве автомобилей марки Citroen и все время совершенствовалась. Новейшая разработка фирмы подвеска Hydroactive III -получила электронное управление при помощи датчиков, компьютера и исполнительных устройств. В результате клиренс модели Citroen С5 не только поддерживается, но и автоматически регулируется в зависимости от скорости движения, качества дорожного покрытия и стиля езды. Диапазон изменений дорожного просвета достигает 20-30 мм. Citroen сделал гидропневматическую подвеску своим коньком , применив ее раньше других. Однако аналогичную подвеску Hydrolastic в свое время устанавливала на свои малолитражные автомобили английская British Leyland Motor Corp., а фирма Lotus разработала гидропневматику для разведывательного танка Scorpion . У нас боевую машину десанта (БМД) с гидропневматической независимой подвеской всех катков выпускал с 1968 года Волгоградский тракторный завод. Машина должна была ложиться на брюхо, чтобы лучше прятаться на местности и проще загружаться в самолет. Изучением возможностей применения чисто пневматической подвески в легковых автомобилях занимались многие фирмы. Например, в 60-е годы Daimler-Benz ( Mercedes Benz 600 и Lincoln оборудовали ею серийные модели. А первым внедорожником, оснащенным подвеской колес на воздушных мешках, заменивших пружины, стал в 1992 году Range Rover LSE . Большие изыскания в этой области провели в 70-е годы Volkswagen и Audi совместно с компанией Fichtel und Sachs.

В итоге с весны 2000 года Audi выпустила на рынок полнопривобную модель Allroad с независимой пневматической подвеской колес, снабженной электронным блоком управления. На скорости выше 120 км/ч устанавливается величина просвета в 142 мм, на скорости 80 км/ч -167 мм, а ниже автомобиль поднимается на 192 мм над дорогой. Кроме автоматического изменения клиренса, возможно ручное, позволяющее водителю задрать машину на высоту 208 мм.

Схожую с Audi Allroad конструкцию пневматической подвески получил полноприводный концепт — кар Volkswagen AAC : у него независимая длинноходная подвеска на двойных поперечных рычагах. Диапазон изменения клиренса с тремя фиксированными позициями просто громадный от 280 мм до 390 мм. В настоящее время Toyota для своего внедорожника Land Cruiser 100 ( он же Lexus LS400 ) предлагает в качестве опции систему Automatic High Control (AHC). Изменение клиренса происходит по четырем фиксированным положениям на 50 мм вниз или вверх от базовой величины в 220 мм. Переключение позиций происходит в течение 7 секунд после нажатия водителем кнопки на центральной консоли.

Что дальше? С развитием компьютерных и производственных технологий сфера применения систем изменяемого клиренса будет только расширяться.

Оцените статью
АВТОЭЛЕКТРИК
Добавить комментарий